Чесноков В.А. и др. Выращивание растений без почвы

Подождите немного. Документ загружается.

18 м

хватает

для снабжения овощами семьи, состоящей из 4 че-

ловек, в течение круглого

года.

В Индии и ряде

других

стран беспочвенная

культура

ряда

растений ведется по Бенгальскому

методу

(Шолто-Дуглас—

5по1то-Ваи§1аз, 1955, 1956). Этот метод позволяет выращивать

растения в период муссонов, когда выращивание растений обыч-

ным

способом может привести к гибели урожая из-за затопле-

ния.

Следует

упомянуть, что на английскую научную станцию в

Антарктиде доставлена установка по выращиванию свежих ово-

щей без почвы.

Область применения беспочвенной культуры растений непре-

рывно расширяется. Вероятно, она

будет

использоваться при

укоренении черенков и выращивании сеянцев в лесоводстве.

Первые опыты в этом направлении уже поставлены и дали поло-

жительные результаты (Олсон —

СПзоп,

1944; Придчем— Рпй-

Ьат, 1948; 5ЬоНо-Оаид1аз,. 1957; О'Рурке и Мексон — О'Коигке

а. Махоп, 1948; Тасаки— ТагаЫ и др., 1939; Клайншмит и Фрё-

лих — КДешзсптП; и. РгбпНсп, 1956).

Нами

перечислены далеко не все производственные установ-

ки,

но оказанного вполне достаточно, чтобы дать оценку выра-

щиванию растений без почвы. К 1957 г., по данным Центральной

научной сельскохозяйственной библиотеки, уже имелось свыше

400 работ, посвященных искусственной

культуре

растений.

Культура растений без почвы — это не модное увлечение,

а перспективный метод выращивания растений, позволяющий

получать огромные урожаи растений, а также выращивать рас-

тения там, где обычным способом это сделать трудно или невоз-

можно.

РегИПгегз ?ог Ап1агсИс ехредШоп ^огИ сгорз, V. 8, N 2, р. 80.

См. библиографический указатель «Выращивание растений на искус-

ственных питательных

средах».

Всесоюзн. центральн. научн. с.-х. библиотека.

1957.

ГЛАВА

II .

ОСОБЕННОСТИ

И ПРЕИМУЩЕСТВА ВЫРАЩИВАНИЯ

РАСТЕНИЙ

НА ИСКУССТВЕННЫХ СУБСТРАТАХ '

Для того чтобы выявить те особенности и преимущества, ко-

торые имеют растения при выращивании в искусственной куль-

туре,

следует

предварительно познакомиться <с работой

корня.

Основная

роль

корня,

помимо его опорной функции, сводится к

обеопечению растений питательными минеральными солями и во-

дой. Эти процессы осуществляются лишь живой корневой систе-

мой,

с ее отмиранием подача воды и питательных веществ пре-

кращается, обрекая растение на гибель.

КОРЕНЬ КАК

ОРГАН

ПОГЛОЩЕНИЯ ВОДЫ

, И МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Поглощение

корнем воды

Одной из важнейших функций корневой системы является

всасывание и подача воды в надземную часть. Как известно,

растение на 80% состоит из воды.

Вода

участвует

в дыхательном

обмене, разлагается при образовании в процессе фотосинтеза

органических веществ, таких, как сахар и крахмал. Однако рас-

ход ее на эти процессы ничтожен по сравнению с той тратой,

которую растения производят при испарении воды листовой по-

верхностью (транспирация). ''

В солнечную погоду листья, поглощая

лучистую

энергию,

необходимую для процесса фотосинтеза,

могут

перегреться и

погибнуть. Чтобы сохранить эти важнейшие органы от гибели,

растения

выработали защитные приспособления. Листья непре-

•рывно

испаряют

воду,

вследствие чего температура их снижает-

ся,

даже

на ярком солнечном

свету

они почти не нагреваются.

В зависимости от погоды площадь листьев, равная 1 м

, испаряет

за час днем от 15 до 250 г воды, а ночью от 1 до 20 г. В южных

широтах одно растение томатов за 3 месяца испаряет в откры-

том

грунте

около

160 л воды (13 ведер). 1 м

картофельного поля

хороший солнечный день под Ленинградом испаряет за сутки

5 л воды, из них 4,3 л в дневные часы. В тепличных условиях

одно взрослое растение огурцов, подвязанное на шпалерах, ис-

паряет ежедневно до

200—300

г воды.

Для пополнения воды, потраченной на испарение, корень

автоматически должен подавать новые порции ее. Если корень

не

справляется с этой работой, то растение завядает, прекращая

одновременно вырабатывать в процессе фотосинтеза новые орга-

нические

вещества, перестает расти, что сильнейшим образом

сказывается на урожае.

Корню

приходится, таким образом, совершать колоссальную

работу, чтобы обеспечить растение водой. При выращивании

растений в почве корень разыскивает

воду,

углубляясь на 1,5—

2 м, и оплетает каждый комочек почвы в сравнительно большом

объеме. В силу этого протяженность и общая поверхность кор-

ней

у растений, выросших в естественных условиях, очень вели-

ка;

она примерно в

50—100

раз превышает поверхность листьев.

Немало

усилий корень принужден зачастую прилагать, отни-

мая

воду

от коллоидных частичек или от скопившихся в почве

солей.

Роль

корня в обеспечении растений водой намного облегчена

при

выращивании их на искусственных

субстратах,

которыми

наполнены

бетонированные канавки.

Вода

не связывается суб-

стратом. Поиски ее делаются ненужными.

Вода

всегда имеется ,

изобилии и легко доступном виде.

При

выращивании растений на искусственных

субстратах

вода расходуется особенно экономно. Обычно при поливе почвы

часть воды, проникая

вглубь,

не используется растением, часть

вступает в прочное соединение с глинистыми частицами и стано-

вится недоступной для корней, иногда количество такой воды до-

стигает 16% от общей влагоемкости. Наконец, очень много воды

испаряется

с поверхности почвы. Таких потерь воды не имеется

при

выращивании растений без почвы в водонепроницаемых ба-

ках. Частицы песка и гравия не способны прочно связывать

воду,

а при субирригационном способе полива поверхность субстрата

остается сухой, вследствие чего вода с нее не испаряется. При

отсутствии капиллярности вода не поднимается на поверхность

субстрата, испарение воды происходит лишь с поверхности

листьев при транспирации.

Количественная

сторона экономии воды зависит от климата,

от характера почвы и от глубины залегания грунтовых вод. Мно-

гие считают, что в среднем

расход

воды при искусственной куль-

туре

сокращается на 50%. На опытах, проведенных в Сахаре,

показано,

что в подобных установках достаточно лишь У20 части

воды по сравнению с выращиванием растений в почве при по-

верхностном орошении. Одно растение томата, растущее под

южным солнцем без почвы, потребляет за 3 месяца вегетации

157,6 л воды,

тогда

как такое же растение в почвенных условиях

требует

за тот же период в 5 раз больше воды (864 л). Такое

экономное

расходование

воды

имеет

особо

важное

значение

в за-

сушливых

районах

или в

местах,

где

отсутствует

пресная

вода.

Поглощение

корнем

минеральных

веществ

Другой важнейшей функцией корневой системы является по-

глощение необходимых для растений питательных солей.

Изрестно,

что только молодые растущие части корневой сис-

темы (до 5 см от кончика корня) хорошо поглощают минераль-

ные

соли. Более старые опробковевшие участки корня не способ-

ны

к поглощению питательных солей. Таким образом, только

лри создании хороших условий для роста корня растение нор-

мально обеспечивается питательными веществами.

Корневая

система растений проделывает большую

работу,

разыскивая

и собирая по крупицам рассеянные в почвенной тол-

ще питательные элементы. Лишь незначительная часть мине-

ральных солей находится в так называемом почвенном растворе,

из

которого они без особого

труда

всасываются корнем. Однако

почвенный

раствор

даже

в самой плодородной почве содержит

относительно мало питательных веществ и не может обеспечить

нормального развития растений. Основная масса питательных со-

лей находится в нерастворимом состоянии или адсорбирована

на

поверхности мельчайших почвенных частиц.

Питание

растений в почве является весьма сложным по срав-

нению

с питанием растений в водных растворах. В почве необхо-

дима как большая поверхность корневых систем, так и наличие

ней значительного запаса дыхательных материалов.

Питание

растений в почве осложняется еще тем, что пита-

тельные вещества, в особенности азот и фосфор, находятся в

форме органических соединений. Они становятся доступными

для растения лишь после разложения его микроорганизмами,

чем благоприятнее условия для жизнедеятельности микроорга-

низмов

в почве, тем больше питательных веществ получают ра-

стения.

холодную

погоду разложение органического вещества

не

идет столь энергично, как летом, поэтому весной растения

проявляют

зачастую

признаки азотного голодания. Вносимый

почву навоз, торф и

другие

органические удобрения также

должны подвергнуться переработке микроорганизмами. Из этого

следует,

что урожай растений, растущих в почве, до некоторой

степени зависит от жизнедеятельности микроорганизмов. К ска-

занному

следует

добавить, что

зачастую

даже

плодородные поч-

вы не

всегда

содержат достаточное количество микроэлементов,

которые или

отсутствуют

или находятся в недоступной для ра-

стений

форме.

Если

рассматривать почву с этих позиций, то каждый почвен-

ный

образец представляет собой настолько сложную

среду,

что

часто самый точный химический анализ не в состоянии дать от-

вет, сколько и каких веществ находится в данный момент в рас-

поряжении

растений. Это создает большие трудности при реше-

нии

вопросов, связанных с подкормкой при интенсивной куль-

туре

растений, так как излишнее внесение минеральных удобре-

ний

приводит к засолению почвы и

ухудшает

ее физические

свойства.

Выращивание

растений

без

почвы

легко

разрешает

задачу

рационального

питания

растений,

так как в

любое

время

простой

количественный

анализ

позволит

дать

точный

ответ,

в каком ко-

личестве

то или

иное

вещество

находится

растворе.

случае

необходимости состав среды можно изменить в нужном направ-

лении.

Это является одним из основных преимуществ метода.

Поглощение

минеральных веществ является физиологиче-

ским

процессом и тесно связано с дыханием корней. Поэтому

одним из условий интенсивного поглощения питательных солен

является хорошая аэрация корневой системы. Очень важны так-

же температурные условия, кислотность и концентрация окру-

жающего раствора. Остановимся отдельно на каждом из этих

условий, которые способствуют обеспечению растений питатель-

ными

веществами. . .

Роль

аэрации

корня

поглощении

им

питательных

веществ

Как

уже говорилось, корень нуждается в кислороде, иначе

функции

его по поглощению воды и питательных солей заторма-

живаются. Воздушные пространства

между

крупными комочка-

ми

структурной почвы вполне удовлетворяют эту потребность.

В бесструктурной почве с очень мелкими частицами и незначи-

тельными воздушными полостями имеется ничтожный запас ки-

слорода, что отрицательно сказывается на росте растений.

Всего интенсивнее дышат растущие молодые корни, они глав-

ным

образом и поглощают питательные соли. Старые корни дей-

ствуют

лишь как транспортные 'пути, передавая йбглощенные

ионы

в надземную часть растений. Нежные молодые корешки в.

сухом

пространстве отмирают, не достигнув питательного рас-

твора. Поэтому при выращивании растений в искусственной сре-

де необходимо в первую очередь обратить серьезное внимание

на

создание благоприятных условий аэрации и влажности воз-

духа,

что обеспечит и нормальный рост корня и его работу.

Какова

фактическая потребность корня в кислороде? Опыты

показали,

что корень взрослого растения томатов при

сухом

весе

2 г поглощает за один час в среднем 15—16 мг кислорода (Ба-

зырина,

1950). Если сравнить эту величину с содержанием ки-

слорода в одном литре

воздуха,

которое составляет около 300 мг

станет ясным, что корень, помещенный во влажную, хорошо про-

ветриваемую воздушную

среду,

никогда не

будет

страдать от не-

достатка кислорода. Совершенно

другая

картина наблюдается

при

полном погружении корня в 'питательный раствор и особенно

при

внезапном затоплении его. В таких случаях уже через 3 4

часа начнется подвядание листвы и отмирание растений, так как

корень

начинает испытывать недостаток в кислороде.

Объяснение этого явления кроется в том, что в одном литре

воды (питательного раствора) содержится всего 8—9 мг кисло-

рода. Такой мизерный запас может обеспечить нормальное ды-

хание мощно развитой корневой системы в течение очень корот-

кого времени.

В дальнейшем дыхание корня

будет

поддерживаться только"

за счет поступления в питательный раствор новых порций кисло-

рода, что происходит крайне медленно. Через поверхность в-

100 см

за каждый час в раствор

будет

'поступать всего 0,5 мг

кислорода. Корень

будет

находиться в состоянии

удушья

— ки-

слородного голодания, которое может привести к частичному-

отмиранию корневой системы и затормозить рост растений.

Залог

успеха

выращивания растений в водных растворах,

прежде всего заключается в том, чтобы создать для жизнедея'-

тельности корня наиболее благоприятные условия: корневая сис-

тема должна находиться в хорошо проветриваемом воздушном

пространстве, насыщенном водяными парами, и только кончики

корней

могут

быть погружены в питательный раствор. Наруше-

ние

этих условий, хотя бы частичное, неблагоприятно скажется

на

росте растений.

Влияние

температуры

на

рост

корня

урожай

При

выращивании растений большое значение имеет также

температура почвы или искусственной питательной ореды. Как

высокая,

так и низкая температуры неблагоприятны для жизне-

деятельности

корня.

При низкой температуре дыхание корней

ослабляется, вследствие чего поглощение воды и питательных:

солей уменьшается, что 'приводит к подвяданию и остановке ро-

ста. Особенно чувствительны к понижению температуры огурды

снижение

ее до 5°

губит

рассаду огурцов. Листья взрослых ра-

стений

при низкой температуре питательного раствора в солнеч-

ную погоду подвядают и получают ожоги. Для этой культуры

снижать температуру питательного раствора ниже 12° не сле-

дует.

Обычно в зимнее время при выращивании растений в теп-

лицах питательный раствор, сохраняемый в баках, имеет низ-

кую температуру, и его

следует^юдогревать

хотя бы до темпера-

туры

окружающего

воздуха.

Наиболее благоприятной темпера-

турой раствора, применяемого для выращивания огурцов,,

следует

считать

25—30°,

для томатов, лука на перо и

других

растений —

22—25°.

Если

в зимнее время необходимо подогревать

субстрат,

на

котором идет выращивание, то летом, наоборот, растения

могут

страдать из-за его высокой температуры. Уже при

38—40°

по-

глощение

воды

и питательных веществ приостанавливается,

растения подвядают и

могут

погибнуть. Допускать нагревание

растворов и субстрата до такой температуры нельзя. Особенно

страдают от высокой температуры корни молодых проростков.

Для многих

культур

температура

28—30°

является уже губи-

тельной.

При

опасности перегрева полезно смачивать поверхность

грунта водой, при испарении которой температура понижается.

В летнее время в практике тепличного хозяйства широко приме-

няется опрыскивание стекол известковым раствором, который

рассеивает прямые лучи солнца и спасает растения от перепрева.

Влияние

на

рост

растений

кислотности

(рН)

раствора

В поглощении ионов из 'почвы или из питательного раствора

большую роль играет реакция среды. В сильно кислой среде

(при

рН

<[ 4,0) ионы водорода

действуют

на растение токсиче-

ски.

Они вытесняют из состояния адсорбции все

другие

катионы,

вместо поглощения можно наблюдать их выделение из

корня.

В сильно кислой среде меняется внешний облик корней и их

строение. В щелочной среде (при рН ]> 8) нарушается поглоще-

ние

растениями анионов.

В менее кислой среде (при рН =

4,5—5,0)

прямого токсиче-

ского действия ионы водорода не вызывают. Тем не менее в поч-

вах с таким рН наблюдается плохой рост многих сельскохозяй-

ственных растений. Это объясняется тем, что в кислых почвах

задерживается поступление кальция в растения, нарушается

также деятельность полезной микрофлоры. Помимо того, в кис-

лых почвах скапливается большое количество вредно действую-

щих на рост растений ионов железа, марганца и особенно алю-

миния,

которые в некислых почвах находятся в связанном со-

стоянии.

В кислых почвах понижается поглощение растениями

фосфатов и молибдена. Вот почему кислые почвы для получения

высоких урожаев необходимо известковать.

При

выращивании растений на искусственных питательных

средах

кислотность раствора меньше сказывается на росте ра-

стений из-за отсутствия побочного влияния водородных ионов

(табл. 1). При рН = 4 рост рассады томатов оказывается сильно

заторможенным, так как в сильно кислой среде нарушается,по-

глощение растениями

всех

катионов. Зато при рН = 5 и 6 рост

рассады был наилучшим. Сдвиг рН раствора в щелочную сторо-

ну (рН = 8), напротив, резко снизил рост рассады, чего обычно

не происходит в почве. Причина этого кроется в том, что при

родных

Символ рН является отрицательным логарифмом концентрации водо-

родных ионов. В воде, являющейся нейтральной, рН = 7. При подкислении

среды значение рН уменьшается от 7 до 0. Децинормальный раствор силь-

яой

кислоты имеет рН = 1. При сдвиге реакции среды в щелочную сторо-

ну рН увеличивается от 8 до 14.

нейтральной реакции часть находящихся в растворе минераль-

ных веществ выпадает в осадок в виде фосфорнокислых и

угле-

кислых солей кальция, марганца и железа и становится недо-

ступным растению. Эти соли, осаждаясь на поверхности

корня,

затрудняют также и его дыхание. Нейтральная и щелочная

реакции

особенно сильно нарушают поглощение железа, кото-

рое нацело выпадает в осадок, в

результате

чего растения забо-

левают хлорозом, при этом заболевании прекращается образо-

вание

хлорофилла и наблюдается пожелтение молодых листьев.

При

хлорозе

изменяется не только окраска листа, но нарушается

процесс фотосинтеза и дыхания, рост растений резко замедляет-

ся.

Вот почему при выращивании растений без почвы нужно

тщательно следить за тем, чтобы питательный раствор

всегда

содержал железо в растворенном состоянии. Железо поглощает-

ся

только молодыми корнями, старые корни железа не погло-

щают, поэтому* при лечении растений от хлороза

следует

обра-

тить серьезное внимание на создание благоприятных условий

для роста новых корней.

Таблица 1

Влияние

рН

питательного

раствора

на

рост

томатной

рассады

(из

Эрнона

Джонсона,

цит. по

Сабинину,

1955)

рН

раствора

4,0

5,0

6,0

7.0

8,0

У,0

Сырой

вес

одного

растения

(в г)

35,3

103,7

111,8

100,3

64,5

7,0

Приведенные

в табл. 1 данные

свидетельствуют

о том, что

наиболее благоприятные условия для роста в искусственных

культурах

создаются при рН =

5,0—6,0.

В почве под влиянием роста растений рН меняется незначи-

тельно. Это вполне понятно.

Ведь

почва обладает высокой бу-

ферностью, т. е. способностью поддерживать рН на определен-

ном

уровне. Питательные растворы не обладают такой буфер-

ностью, и поэтому рН их легко сдвигается в кислую или щелоч-

ную сторону под влиянием роста растений.

Невольно

возникает вопрос, почему происходит смещение

кислотности раствора. Это совершается в

результате

неравно-

мерного поглощения корнем катионов и анионов из питательного

раствора. Например, если в рецептуру питательного раствора

входят

аммонийные соли, то раствор обычно подкисляется, так

как

растения с большой скоростью поглощают аммонийный азот

по

сравнению с сопутствующим анионом; наоборот, при наличии

селитры растения с большей скоростью потребляют нитратный

азот, вследствие чего раствор подщелачивается, так как он обо-

гащается Щелочными остатками соли. Опыт «оказал, что в пита-

тельный раствор нельзя добавлять большие количества аммо-

нийных

солей, потому что они повреждают растения из-за силь-

ного подкисления раствора. В силу сказанного в наиболее рас-

пространенных рецептах растворов преобладает нитратный, а не

аммонийный

азот, на практике раствор подщелачивается, и его

постоянно

приходится подкислять.

Таким

образом, при выращивании растений без почвы

. имеется возможность точного регулирования корневого питания,

возможность хорошо обеспечивать растения всеми необходимы-

ми

питательными веществами. Поэтому в искусственной куль-

туре

можно получить высокие урожаи растений. Имеется и це-

лый ряд трудностей. Во-первых, опасность затопления корневой

системы, которое может 'привести к гибели растений. Эта опас-

ность устраняется с помощью различных технических приспособ-

лений.

Во-вторых, происходят сдвиги кислотности раствора

(обычно его подщелачивание), которые

могут

вредно отразиться

на

росте растений. Поэтому необходима частая проверка рН пи-

тательного раствора и доведение его до оптимальной величины.

СКОРОСТЬ

РОСТА

РАСТЕНИЙ

ИСКУССТВЕННЫХ

СУБСТРАТАХ

В искусственных

субстратах

растения с первых же дней бес-

перебойно снабжаются достаточным количеством

всех

необхо-

димых им питательных веществ в легко доступной форме, что не

всегда имеет место в почве, где наличие питательных веществ

до некоторой степени зависит от деятельности микроорганизмов.

В силу указанных причин рост растений без почвы, особенно рас-

сады, происходит значительно быстрее, чем при обычном способе

выращивания.

По утверждению многих практиков, рост в искус-

ственной

среде идет на 20 и

даже

на 50% быстрее, чем в самой

лучшей почве.

В Ленинградском теплично-парниковом комбинате (опыт Ба-

зыриной

и Ильинской, рис. 2, 3) рассада томатов выращивалась

опилках, смачиваемых питательным раствором, рассада огур-

цов

росла в баке на водном растворе. Рост ее намного опередил

рост рассады, выросшей в торфоперегнойных горшочках, спе-

циально

предназначенных для выращивания рассады. Это пре-

имущество в настоящее время широко используется агрономами.

Имеются

указания, что некоторые хозяйства Америки и Герма-

нии

предпочитают таким способом выращивать рассаду с после-

дующей высадкой ее в грунт. Такое мероприятие продиктовано

следующими соображениями: срок выращивания сокращается,

количество работы по

уходу

уменьшается, вырастает здоровая,

хорошо приживающаяся в

грунте

рассада. Интерес представ-

дяют сведения о выращивании рассады томатов без почвы в не-

защищенном

грунте в Калифорнии для нужд северных штатов

/ 2

Рис. 2. Сопоставление скорости роста огуречной рассады:

/ — в почве; 2 — в водном растворе.

Рис.

3. Сопоставление скорости роста рассады томатов:

7 — в почве; 2 — в опилках, обильно смачиваемых питательным раствором.

Америки. В первый год хозяйству был сделан заказ на 90 000 шт.,

на

следующий год заказ увеличен до 400 000 шт. Агрономы очень

высоко оценили такой способ получения рассады, она хорошо